[發明專利]一種非對稱氮化硅陶瓷中空纖維管膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310709977.6
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN103724015A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 徐鑫;王俊偉;張江偉;李林
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/622
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明屬于功能陶瓷領域，具體涉及一種陶瓷分離膜。

背景技術

伴隨著生產力的發展、科技的進步，分離的方法也從簡到繁、技術從低級到高級、工藝從一種方法到多種工藝的連用，不斷的創新、改進工藝、降低成本，以滿足人類對改善生活日新月異的需求。在眾多的分離技術中，膜分離是在20世紀初出現，60年代后迅速崛起的一門新的分離技術。膜分離是在外界推動力的作用下對目標混合物進行分離、提純、濃縮的一種分離新技術。膜分離所用的膜為具有選擇透過性能的半透膜，這種膜必須具有只有部分物質可以通過，有的物質不能通過的特性。

無機陶瓷膜是一種重要的分離膜，目前，研究且應用比較廣泛的一種陶瓷膜是氧化鋁陶瓷膜，而陶瓷大家庭中比較重要的氮化物陶瓷膜則在分離膜領域研究較少。氮化物陶瓷(氮化硅及其固溶體)膜相比于氧化鋁陶瓷膜具有優異的物理及機械性能，例如優異的機械強度、斷裂韌性、硬度及耐磨性；而且具有很好的高溫抗氧化及耐腐蝕性能。氮化物陶瓷不僅具有像氧化物陶瓷等其它無機陶瓷的優點，在相同孔隙率的條件下，它的強度遠遠超過氧化物等其它無機陶瓷，這主要是由于氮化物陶瓷胚體在燒結以后，它的晶粒呈棒狀生長，可以形成非常強的三維網絡。例如，采用熱壓燒結氮化硅陶瓷的機械強度可以達到1000MPa甚至以上，孔隙率為50%的氮化硅陶瓷的強度也可以達到290MPa以上。

陶瓷膜按結構形態來分，主要有三種形式：平板膜、管式膜和中空纖維膜。目前主流的多為平板膜和管式膜，中空纖維由于其高的比表面積，因此其具有填充密度大，占地面積小，通量大等優點，在應用上具有更大的優勢，尤其是相轉化和燒結技術（CN1360966A）被發明之后，簡化了中空纖維管膜的制備工藝，降低了成本。

現在對于氮化硅陶瓷的研究多是關注于致密陶瓷，而多孔分離膜的研究比較少。

發明內容

本發明為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種非對稱氮化硅陶瓷中空纖維管膜的制備方法，以期可以獲得一種高穩定性，高強度同時具有高孔隙率的一種可用于惡劣環境下有分離效果的氮化硅陶瓷膜。

本發明解決技術問題，采用如下技術方案：

本發明公開了一種非對稱氮化硅陶瓷中空纖維管膜的制備方法，其特點在于按如下步驟進行：

a、將分散劑添加到有機溶劑中，攪拌均勻獲得分散劑溶液；

b、對氮化硅粉體進行表面處理，獲得備用粉體；

c、將所述分散劑溶液、所述備用粉體、固化劑及助熔劑加入到有機溶劑中，通過球磨獲得穩定均一的懸濁液漿料；

d、將步驟c所獲得的懸濁液漿料經真空脫氣處理后，加入到紡絲腔體中，然后氣體加壓經過紡絲頭擠出紡絲，在紡絲頭擠出紡絲的同時，使內部絮凝劑與所述紡絲接觸，然后共同進入外部絮凝劑中，浸泡至紡絲與內部絮凝劑及外部絮凝劑交換完全，獲得成型的非對稱氮化硅陶瓷中空纖維管膜前驅體，對所述非對稱氮化硅陶瓷中空纖維管膜前驅體在室溫下進行干燥；

e、對步驟d所獲得的非對稱氮化硅陶瓷中空纖維管膜前驅體在無氧環境中燒結，獲得非對稱氮化硅陶瓷中空纖維管膜。

優選的，所述分散劑為O-(2-氨丙基)-O'-(2-甲氧基乙基)聚丙二醇（AMPG）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或HypermerKD-1（KD-1）中的一種或幾種的任意組合；步驟a所獲得的分散劑溶液的濃度為1-100g/L；

優選的，所述有機溶劑為二甲基亞砜、N-甲基砒咯烷酮或丙酮，步驟a中所用有機溶劑與步驟c中所用有機溶劑相同。

優選的，步驟b所述表面處理為在氧化性氣氛中以400-800℃的溫度條件煅燒1-10h、或在0.1-5M的NaOH溶液中浸泡0.5-24h。

優選的，所述固化劑為聚醚砜；所述助熔劑為氧化釔、氧化鈣、氧化鎂或氧化鋁中的一種或幾種的任意比例混合；所述助熔劑的質量為所述備用粉體0.5%-10%；所述分散劑的質量為助熔劑與備用粉體質量和的1%-6%；所述固化劑的質量：助熔劑與備用粉體質量和為1：5～11。

優選的，步驟c所述球磨的時間為4-48h。

優選的，步驟d所述紡絲頭的規格為OD/ID:1-10mm/0.5-8mm；所述氣體加壓的壓力為0.01-0.1MPa；所述內部絮凝劑或外部絮凝劑為水、無水乙醇或己烷中的一種或者幾種的任意比例混合；所述浸泡時間為1-48h。